本實(shí)用新型涉及一種輪軌力的精確測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和飛速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸需求正在迅速增長，中國鐵路已逐步建立客運(yùn)快速、貨運(yùn)快捷和重載、行車高密的現(xiàn)代化運(yùn)輸體系。為滿足鐵路跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略要求，急需全面提升列車運(yùn)行的安全保障水平。

機(jī)車車輛的車輪與鋼軌間的相互作用，對于機(jī)車車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性、車輪和鋼軌磨耗、機(jī)車車輛的維修費(fèi)用、線路維修費(fèi)用以及機(jī)車車輛的安全運(yùn)行都有直接的影響。隨著機(jī)車車輛的重量的增大，以及運(yùn)行速度的提高，這種影響越發(fā)顯著。因此，車輛輪軌力安全監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，以及測量輪軌力傳感器技術(shù)的研究對于高速重載的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。

在輪軌力測量過程中，相關(guān)數(shù)據(jù)測量及預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性完全取決于輪軌力測量傳感器的精確度及穩(wěn)定性。

現(xiàn)有的一種測量輪軌力的不打孔式剪力傳感器，與以往的需要在鋼軌上預(yù)留安裝孔的剪力傳感器相比，雖然可避免損壞鋼軌本身，不影響鋼軌的使用壽命，一定程度上提高了穩(wěn)定性和測量精度，但是在其他方面仍然存在一些問題，主要體現(xiàn)在：

1、對安裝操作的準(zhǔn)確性、規(guī)范性要求高。在安裝過程中，傳感器需要通過外部輔助器件對其施加壓力，其次受力方向難于控制，若傳感器中心軸方向稍有偏差，就會導(dǎo)致測力齒受力不均，從而影響測量精度以及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2、安裝過程復(fù)雜，維護(hù)困難?，F(xiàn)有不打孔式剪力傳感器的安裝輔助部件較多，需使用專用夾具或緊固螺栓將剪力傳感器固定在鋼軌上，安裝完成后還需對敏感元件位置進(jìn)行密封操作，再覆以保護(hù)罩以保證其穩(wěn)定性；安裝過程繁瑣，耗時長，工作量大，且增大了后期維護(hù)保養(yǎng)的難度。

3、在使用過程中，現(xiàn)有的不打孔式剪力傳感器粘帖或夾緊固定在鋼軌軌腰的兩側(cè)，通過鋼軌與測力齒之間形變傳遞的對應(yīng)關(guān)系來測量鋼軌相應(yīng)位置所受輪軌力大??；這種從鋼軌側(cè)面感應(yīng)鋼軌形變，進(jìn)而進(jìn)行輪軌力測量的測量方式，形變傳遞損耗大、靈敏度差，易造成測量誤差，無法保證連續(xù)的有效監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的剪力傳感器測量輪軌力時，精度低、安裝復(fù)雜以及靈敏度差的問題，提出了一種軌底彎矩式力傳感器。

本實(shí)用新型所述的軌底彎矩式力傳感器，包括彈性應(yīng)變梁、加載螺栓、兩個固定夾具和應(yīng)變片；

彈性應(yīng)變梁的底面中心位置開有加載螺紋通孔，加載螺栓穿過加載螺紋通孔與彈性應(yīng)變梁螺紋連接；

彈性應(yīng)變梁的側(cè)壁上開有應(yīng)變孔，應(yīng)變片預(yù)埋在應(yīng)變孔中；

所述兩個固定夾具分別固定在彈性應(yīng)變梁的兩端。

優(yōu)選的是，還包括防松螺母，所述防松螺母位于彈性應(yīng)變梁下方，并通過螺紋與加載螺栓相連。

優(yōu)選的是，所述彈性應(yīng)變梁兩端凸起部分的頂面上分別設(shè)置有多個防滑齒。

優(yōu)選的是，固定夾具包括傳感器托架和壓塊，傳感器托架的底面中心位置設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有定位安裝銷安裝孔和螺栓通孔；傳感器托架的兩端均設(shè)置有螺栓通孔，壓塊上設(shè)置有螺栓通孔，并且，傳感器托架兩端的螺栓通孔分別與壓塊的螺栓通孔相對應(yīng)。

優(yōu)選的是，所述彈性應(yīng)變梁兩端的底面開有定位安裝孔和螺紋孔，在定位安裝孔中放置定位安裝銷。

優(yōu)選的是，所述應(yīng)變孔為正方形。

本實(shí)用新型的工作原理是通過兩個固定夾具將該軌底彎矩式力傳感器固定在鋼軌底部，通過旋轉(zhuǎn)加載螺栓施加預(yù)緊力，使加載螺栓的端面與鋼軌底部緊密貼合，形成測力支撐點(diǎn)；當(dāng)車輪壓過鋼軌時，由于傳感器安裝位置兩側(cè)的枕木支撐使鋼軌形成簡支結(jié)構(gòu)，鋼軌產(chǎn)生形變，同時通過測力支撐點(diǎn)帶動彈性應(yīng)變梁形變，進(jìn)而使彈性應(yīng)變梁中的應(yīng)變片產(chǎn)生形變，引起應(yīng)變片電阻變化導(dǎo)致惠斯通電橋失衡，傳感器產(chǎn)生電壓信號輸出；依據(jù)傳感器的測量值與鋼軌形變的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而精確地測量出鋼軌相應(yīng)位置的受力大小。

本實(shí)用新型的有益效果是軌底彎矩式力傳感器的安裝位置有效的避免了現(xiàn)有的不打孔剪力傳感器在測力過程中形變傳遞效率不高的問題，同時避免了由于中心軸方向有偏差導(dǎo)致傳感器受力不均的問題，提高了測量精度，保證了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；固定夾具的使用降低了安裝過程的施工難度，使安裝過程簡單化，降低了加工及后期的維護(hù)成本；同時本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，額定量程更大。

適用于對鋼軌輪軌力的精確測量。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為具體實(shí)施方式一中的軌底彎矩式力傳感器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為具體實(shí)施方式一中彈性應(yīng)變梁和加載螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為具體實(shí)施方式四中傳感器托架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為具體實(shí)施方式五中彈性應(yīng)變梁底面的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的軌底彎矩式力傳感器，包括彈性應(yīng)變梁1、加載螺栓2、兩個固定夾具和應(yīng)變片；

彈性應(yīng)變梁1的底面中心位置開有加載螺紋通孔4，加載螺栓2穿過加載螺紋通孔4與彈性應(yīng)變梁1螺紋連接；防松螺母3連接在加載螺栓2上；

彈性應(yīng)變梁1的側(cè)壁上開有應(yīng)變孔5，應(yīng)變片預(yù)埋在應(yīng)變孔5中；

所述兩個固定夾具分別固定在彈性應(yīng)變梁1的兩端。

在本實(shí)施方式中，通過兩個固定夾具將彈性應(yīng)變梁1固定在鋼軌10的底部，通過旋轉(zhuǎn)加載螺栓2施加預(yù)緊力，使加載螺栓2的端面與鋼軌10底部緊密貼合，形成測力支撐點(diǎn)；當(dāng)車輪壓過鋼軌10時，由于傳感器安裝位置兩測的枕木支撐使鋼軌10形成簡支結(jié)構(gòu)，使鋼軌10產(chǎn)生形變，同時通過測力支撐點(diǎn)帶動彈性應(yīng)變梁1形變，進(jìn)而使彈性應(yīng)變梁1中的應(yīng)變片產(chǎn)生形變，引起應(yīng)變片電阻變化導(dǎo)致惠斯通電橋失衡，傳感器產(chǎn)生電壓信號輸出；依據(jù)傳感器的測量值與鋼軌10形變的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而精確地測量出鋼軌10相應(yīng)位置的受力大小。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，還包括防松螺母3，所述防松螺母3位于彈性應(yīng)變梁1下方，并通過螺紋與加載螺栓2相連。

在本實(shí)施方式中，通過防松螺母3進(jìn)一步的鎖定了加載螺栓2與彈性應(yīng)變梁1的相對位置，提高了本實(shí)施方式所述的軌底彎矩式力傳感器的抗震性能，使得測量結(jié)果更準(zhǔn)確。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述彈性應(yīng)變梁1兩端凸起部分的頂面上分別設(shè)置有多個防滑齒。

在本實(shí)施方式中，防滑齒能夠防止彈性應(yīng)變梁1產(chǎn)生偏移。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，固定夾具包括傳感器托架6和壓塊7，傳感器托架6的底面中心位置設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有定位安裝銷安裝孔和螺栓通孔；傳感器托架6的兩端均設(shè)置有螺栓通孔，壓塊7上設(shè)置有螺栓通孔，并且，傳感器托架6兩端的螺栓通孔分別與壓塊7的螺栓通孔相對應(yīng)。

在本實(shí)施方式中，通過固定夾具將彈性應(yīng)變梁1固定在鋼軌10底部，通過多個定位安裝孔及螺栓通孔的設(shè)計(jì)，將彈性應(yīng)變梁1的位置鎖定，有效的防止了彈性應(yīng)變梁1由于鋼軌10的長時間振動而產(chǎn)生位移。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述彈性應(yīng)變梁1兩端的底面開有定位安裝孔8和螺紋孔9，在定位安裝孔8中放置定位安裝銷11。

在本實(shí)施方式中，采用螺栓穿過傳感器托架6凹槽內(nèi)的螺栓通孔與螺紋孔9螺紋連接，使得彈性應(yīng)變梁1與固定夾具固定在一起，定位安裝孔8與定位安裝銷11的設(shè)置有助于螺栓穿過傳感器托架6凹槽內(nèi)的螺栓通孔與螺紋孔9螺紋連接。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的軌底彎矩式力傳感器進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述應(yīng)變孔5為正方形。

在本實(shí)施方式中，方形應(yīng)變孔5的設(shè)計(jì)可以使軌底彎矩式力傳感器更好的進(jìn)行力的傳遞，提高力的傳遞效率。